Du står ute en skyfri høstdag, lukker øynene mot sola, og kjenner varmen treffe ansiktet. Sola påvirker klimaet på jorda – ingen diskusjon der.

Det er nemlig kaldt i verdensrommet. Dersom vi plasserte et termometer i det mørkeste hjørnet der ute, vil gradstokken vise en temperatur nær det absolutte nullpunkt (-273 grader celsius).

Da er det fint at vi har stjerner som sola, og at vi bor på en planet som befinner seg i en behagelig avstand fra denne brennende hydrogenballen.

Det er forresten fint at vi har atmosfæren også, som hjelper jorda til å holde litt på varmen fra sola, gjennom drivhuseffekten.

Den årlige middeltemperaturen på jorda er rundt 15 varmegrader. På månen, som ikke har noen atmosfære, er middeltemperaturen på rund 18 minusgrader.

Aktiv stjerne

Effektene fra sola på jorda er imidlertid ikke konstante. Sola er ei aktiv stjerne, og noen ganger skjer det mye der oppe. Det er store krefter i sving, og vi merker variasjonene på sola her nede på jorda.

Solflekkene er den indikatoren på solaktivitet som er mest brukt i forskningslitteraturen, og den 11-årige solflekksyklusen er den mest kjente av solvariasjonene. Selv om den gjennomsnittlig er på 11 år, varierer den imidlertid både i lengde og styrke.

I løpet av hver av 11-årssyklusene stiger solaktiviteten, og topper seg så med noen år med høy aktivitet. Deretter hisser sola seg ned, og vi får noen år med lav aktivitet.

Solflekker er kaldere og mørkere områder på solas overflate. De skyldes solas magnetfelt. Magnetfeltet utløser dessuten andre aktiviteter på sola, som for eksempel solutbrudd, og endringer i solvinden som transporterer materiale gjennom solsystemet.

Solflekker og hvete

Allerede for 200 år siden observerte den britiske astronomen William Herschel at det var en samvariasjon mellom solflekkene og prisen på hvete i England. Dette var den første observasjonen som viste at jordas klima kan bli påvirket av variasjoner på sola.

11-årsrytmen kjenner forskerne ganske godt etter hvert, men solaktiviteten varierer i flere mer eller mindre regelmessige sykluser på tidsskalaer fra timer til milliarder av år. Det er altså snakk om et mye mer sammensatt bilde enn bare den såkalte solflekksyklusen.

Solaktivitetens virkning på jorda ser vi for eksempel som nordlys. Aurora borealis viser seg på himmelen når solvinden er kraftig. Store elektriske utladninger på sola slynger ut elektrisk ladde partikler mot jorda. Partiklene danner lys når de kolliderer med gassene i vår atmosfære.

Solaktiviteten kan også forstyrre eller til og med slå ut satellitter så vel som radiokommunikasjon, elektrisitetsforsyning og elektronikk nede på bakken. Faktisk snakker forskere om at sola lager uvær i rommet, og det jobbes med å utarbeide gode varsler for romværet.

Istider

Det er helt klart at variasjoner i mengden energi fra sola har forårsaket klimaendringer i fortida. Istidene er et eksempel på global nedkjøling som følge av endringer i distribusjonen og mengden sollys som når jorda.

Temperaturen under siste istid var rundt seks grader kaldere enn i dag, og Norge var dekket av is. For å forklare dette har forskerne fokusert på variasjoner i jordas bane rundt sola, som fører til endringer i innstrålingen.

Tre typer regelmessige endringer i jordas bane rundt sola kommer i perioder på 23 000, 41 000 og 100 000 år. I kombinasjon danner de et mønster som passer rimelig godt sammen med skifter mellom istider og mellomistider. Effekten på jordas klima kalles Milankovitch-effekten.

Størrelsen på variasjonene i solinnstrålingen på grunn av baneendringene, er imidlertid ikke store nok til å forklare de til tider voldsomme og raske temperatursvingningene som er synlige i data hentet for eksempel fra borekjerner i isen. Teorien er at variasjonene er en utløsende faktor.

Hvorvidt variasjoner i solaktiviteten også har spilt en rolle, er et ubesvart spørsmål. Ikke er det lett å finne ut av det heller, fordi vi mangler data om det som skjedde på sola for mange titusen eller hundretusener av år siden.

Ikke tatt med av IPCC

Sola kan påvirke klimaet på Jorda på mange forskjellige måter. Stort sett er det variasjoner i den elektromagnetiske strålingen som blir diskutert, men dette er ikke den eneste mekanismen som spiller inn.

Endringer i solvinden og de energiske partiklene kan også påvirke jorda, enten direkte eller indirekte ved å påvirke innstrømmingen av kosmisk stråling. Sannsynligvis er det snakk om mange mekanismer som virker samtidig.

Det internasjonale klimapanelet (IPCC) har vurdert at den naturlige variasjonen i innstråling fra sola er en del av oppvarmingen vi er inne i nå, men at denne faktoren er mindre enn en tiendedel så stor som den menneskeskapte delen av dagens globale oppvarming.

Det kan imidlertid finnes andre mekanismer hvor aktiviteten på sola har en effekt på klimaet på Jorda, men her dreier det seg om teorier som så langt ikke er tatt med i modellene IPCC baserer seg på:

Kosmisk stråling

En gruppe danske forskere ved det danske romsenterets Center for Sun-Climate Research har for eksempel fått mye oppmerksomhet for sin teori om hvordan solaktiviteten påvirker mengden kosmisk stråling som kommer inn i atmosfæren.

Romsenterets direktør Eigil Friis-Christensen og forsker Henrik Svensmark har skapt rystelser i det internasjonale klimaforskningsmiljøet med sine teorier om at økt kosmiske stråling gir mer skydannelse i atmosfæren, og dermed en avkjøling av atmosfæren.

Kosmisk stråling er partikler som stammer fra kilder utenfor jorda, og treffer vår atmosfære med høy hastighet. Mange av disse partiklene kommer susende i tilnærmet lysets hastighet. De kan for eksempel stamme fra voldsomme fenomener i verdensrommet, som supernovaer eller sorte hull.

Solvinden og solas magnetfelt skjermer jorda og solsystemet fra slik kosmisk stråling utenfra.

Solas magnetfelt er enormt, og bæres av solvinden – den konstante strømmen av partikler som sola slynger ut i rommet. Solvinden og solas magnetfelt blir vridd i en spiralform av solas rotasjon. Alle planetene befinner seg innenfor dette feltet.

Mengden kosmisk stråling som treffer jordas atmosfære varierer med styrken på solas magnetfelt

– Kosmisk stråling som kommer utenfra vårt solsystem må gjennom heliosfæren før de kan nå jorda, sier Friis-Christensen.

Fredag i forrige uke fortalte han om de danske klimateoriene i Store fysiske auditorium ved Fysisk institutt, ved Universitetet i Oslo.

– Andre parametere

Heliosfæren er altså den enorme magnetiske bobla som inneholder vårt solsystem, solvinden, og hele solas magnetfelt. Når aktiviteten på sola er høy, blir skjoldet som beskytter mot kosmisk stråling kraftigere.

I løpet av 1900-tallet økte solaktiviteten, og solas magnetfelt ble mer enn doblet, ifølge de danske forskerne. Innstrømmingen av kosmiske stråler til jordas atmosfære har derfor blitt mindre.

Solflekkene er som nevnt ett uttrykk for økt aktivitet på sola.

– For 16 år siden ble jeg interessert i forholdet mellom variasjoner på sola og temperaturen på Jorda, sier Friis-Christensen.

Andre hadde undersøkt dette tidligere, men fordi dataene viste at temperaturøkningen kom før solflekkene tok av, trodde man ikke det var noen kobling.

– Vi tenkte at det kanskje var andre parametere, ikke bare antallet solflekker. De er bare én manifestasjon av variasjonene på sola, forteller Friis-Christensen.

Solaktiviteten flatet ut

I 1991 publiserte han en artikkel som skapte mye debatt. Han sammenlignet den gjennomsnittlige temperaturen på den nordlige halvkule med den gjennomsnittlige solaktiviteten.

Solaktiviteten ble beregnet ved å se på intervallene mellom solflekkmaksimum, der kortere intervall er uttrykk for en mer aktiv sol. Kortere sykluser ble koblet til høyere temperatur.

Temperaturen her nede på bakken har fortsatt å stige, mens solaktiviteten var på topp rundt 1985, og har deretter flatet ut.

Siden den gang har trendene for solflekker og kosmisk stråling gått i motsatt retning av hva man ville forvente dersom dette var forklaringen på global oppvarming.

Gang på gang har dette blitt trukket frem som spikeren i kista for teorien om kosmisk stråling som forklaring på dagens klimaendringer. Friis-Christensen er ikke så sikker.

Problemet med skyer

– Dette kan bety at vi nå ser effekten av CO2-utslippene – eller det kan bety at solflekkene ikke er den egentlige parameteren, og at aktiviteten på sola ikke er tilstrekkelig beskrevet, sier han.

– Det kan også bety at temperaturmålingene på bakken ikke er så gode som vi tror.

Han undrer seg også over i hvilken grad endringene vi har gjort i jordoverflaten har endret jordas evne til å reflektere lys, og hvor mye av temperaturøkningen som kan forklares med dette.

– Den dominante faktoren for klimaendringer i fortiden var virkelig sola. Spørsmålet er hvor stor rolle den spiller for den økende globale temperaturen i dag, sier han.

Friis-Christensen trekker frem klimamodellenes problemer med skyer.

Datamodellene som skal etterligne klimasystemet har nemlig store problemer med å forutsi hvordan skyene vil oppføre seg. Skydannelsen skjer nemlig på veldig liten skala, mens klimamodellene har lav oppløsning.

Modelleringen av skyer varierer dermed en hel del fra én klimamodell til en annen.

– Det betyr ikke at klimamodellene er feil, men det viser en mangel på overensstemmelse, sier Friis-Christensen.

Kosmisk stråling og skyer

I 1996 presenterte han, sammen med Henrik Svensmark, data som viste at det var en samvariasjon mellom kosmisk stråling og skydekke.

Data om skydekket fra satellitter ble sammenholdt med målinger av den kosmiske strålingen gjort på bakken. Forskerne mente de hadde funnet den manglende puslespillbiten i forholdet mellom solvariasjon og klima.

Mer kosmisk stråling falt sammen med flere skyer, særlig i det lavere skydekket.

Igjen møtte de mye motstand i det vitenskapelige miljøet, spesielt fra meteorologer som mente det ikke fantes noen mekanisme for hvordan de kosmiske strålene kunne påvirke skydannelsen.

– Som forskere prøver vi jo å forstå hva som skjer, ikke bare å se samvariasjonene. De sier ingen ting i seg selv, men de kan være en god indikator for hvor vi skal lete etter en fysisk mekanisme, sier Friis-Christensen.

– Kan vi forbedre klimamodellene? spør han.

Eksperiment

Derfor ble det satt i gang et eksperiment i kjelleren ved det danske romsenteret. Forskerne bygde et skykammer, for å simulere effekten av kosmisk stråling på atmosfæren.

Skyer blir til ved at vann kondenserer på små partikler i lufta. I laboratoriet viste danskene at kosmisk stråling kan akselerere dannelsen av ørsmå klumper av svovelsyre og vann, som igjen danner kjernen for kondensering.

Eksperimentene fant sted inne i et stort reaksjonskammer som inneholdt en blanding av gasser i konsentrasjoner som etterlignet kjemien i den lavere atmosfæren. Ultrafiolette lamper etterlignet solas stråler. Datainstrumenter målte de kjemiske hendelsene utløst av kosmiske stråler i reaksjonskammeret.

Dataene viste at elektronene som slippes fri av kosmiske stråler kan fungere som katalysatorer for skydannelse. Et stort antall mikroskopiske dråper oppsto, svevende i lufta i reaksjonskammeret.

– Vi var forbløffet over hvor hurtig og effektivt elektronene gjør arbeidet med å skape byggesteiner for kondenseringskjerner for skyer, sa Henrik Svensmark, direktør ved Center for Sun-Climate Research. Han ledet forskningsarbeidet.

– Dette var en helt ukjent mekanisme, sier Friis-Christensen.

Vet ikke

Nok en gang ble teorien møtt med innvendingene om at solaktiviteten har gått i feil retning de siste årene, mens temperaturen på bakken har fortsatt å øke.

Friis-Christensen er klar på at han ikke vet hvorfor solvariasjonen ikke synes å stemme med temperaturdataene for de siste årene.

Han påpeker imidlertid at det kan være god grunn til å stille spørsmålstegn ved kvalitetene på bakkemålingene, og hevder at effekten av solvariasjonen er synlig i både satellittmålinger og ballongmålinger av temperatur høyere oppe i atmosfæren.

– Jeg stiller spørsmål ved om bakkemålingene virkelig kan indikere hva som foregår i klimasystemet, sier han.

Det er nemlig ikke noen særlig temperaturøkning å finne i satellittdataene som måler temperatur i troposfæren, i perioden 1990-2005, sier han. Dette er tema for diskusjon i fagmiljøet.

– Jeg vet ikke hvorfor temperaturen ved bakken stiger så fort som den gjør, sier han.

– Kanskje vi ikke kjenner klimasystemet godt nok? undrer Friis-Christensen.

Fornemmet kontroversen

– Klimaforskerne må innse at det er enkelte ting som mangler i klimamodellene, fortsetter han.

Friis-Christensen forteller at han var med i den danske delegasjonen på et IPCC-møte i 1992.

– På møtet diskuterte man hva som skulle forskes på, som skyer og klimamodeller. Jeg foreslo at man også burde kikke på Sola. Det ble nedstemt. Man mente at Sola ikke hadde noen spesiell betydning, forteller han.

– Det var første gang jeg fikk en fornemmelse av kontroversen rundt dette, sier han.

Siden har han ikke hatt noe særlig med klimapanelet å gjøre, og forskningen han står for er ikke med i IPCCs klimamodeller.

– Blir nødt til å se på dette

Friis-Christensen forteller at han ikke vil bruke sin tid til å overbevise IPCC.

– Vi stiller vår ekspertise til rådighet. Vår interesse er å forstå, sier han.

IPCCs begrunnelse for å ikke ta med disse teoriene, er at det dreier seg om en ikke-verifisert teori.

– Jeg kan forstå det. Derfor har vi også konsentrert oss om å gjøre eksperimentene og publisere resultatene.

– Jeg tror at IPCC blir nødt til å se på dette i sin neste rapport, sier Friis-Christensen.

Lenker:

Danish national space center: The Center for Sun-Climate
Sluttraport for ESA-prosjektet ISAC (PDF): Influences of Solar Activity Cycles on Earth’s Climate

Referanser:

Henrik Svensmark, Jens Olaf P. Pedersen, Nigel D. Marsh, Martin B. Enghoff og Ulrik I. Uggerhøj; Experimental evidence for the role of ions in particle nucleation under atmospheric conditions; Proceedings of The Royal Society A; doi:10.1098/rspa.2006.1773.

Henrik Svensmark: Cosmoclimatology: a new theory emerges; Astronomy & Geophysics; volum, 48 utgave 1, ss. 1.18-1.24, februar 2007; doi:10.1111/j.1468-4004.2007.48118.x.

Svensmark, H. (1998), Influence of Cosmic Rays on Earth’s Climate, Physical Review Letters, vol 81, num 22, 5027-5030.

Friis-Christensen, E. and K. Lassen (1991), Length of the solar cycle: an indicator of solar activity closely associated with climate, Science 254: 698-700.